中微子的种类

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中微子的种类

中微子质量可能只有电子的百万分之一,中微子产生于太阳内的放射性衰变过程,或者宇宙射线中.中微子是基本粒子中的成员,分为三代.本世纪六七十年代,格拉肖、温伯格和萨拉姆三位科学家对基本粒子进行了分类,提出粒子物理学的框架是标准模型,即特质由12种基本粒子构成.它们包括6种夸克和6种轻子.夸克和轻子的大小不足原子的十亿分之一.夸克包括下、上、奇、粲、底、顶,共6种.轻子分为三代,第一代包括电子、电子中微子;第二代包括μ(缪子)子和μ中微子;第三代包括τ子和τ中微子.第一代电子中微子和第二代μ中微子已分别在1956年和1962年通过实验被证实存在.1982年,费米实验室的科学家用实验支持了τ中微子存在的假设.1989年,欧洲核子研究中心科学家证实τ中微子是标准模型中的第三个,也是最后一个轻中微子.

由于中微子和电子都是一种轻子,但是中微子是电中性的,核力和电磁力都对中微子不起作用,因此实际上它与任何物质只能发生引力作用与弱相互作用.电子(同时具有引力质量和电磁质量)参与弱相互作用,但弱相互作用的主角是中微子(只具有引力质量),中微子具有波粒二象性,它的能量用hv表示.

1994年,两个“天才设计师”———加利福尼亚大学研究生维多里奥·保罗内和费米国家实验室物理学家拜伦·伦德伯格提出了建立“τ型中微子直接观测器”的构想,这一想法得到费米国家实验室的支持,并在两年后建成了观测器.

从1997年起,54位来自美国、日本、希腊和韩国的科学家在费米实验室合作探测τ中微子.他们用粒子加速器制造一股可能含有τ中微子的中微子束,然后让中微子束穿过“τ中微子直接观测器”内一个约1米长的铁板靶.这一铁板靶被两层感光乳剂夹着,感光乳剂类似于胶卷,能够“记录”粒子与铁原子核的相互作用.物理学家用3年时间从靶上的600多万个粒子轨迹中鉴定出了4个表征τ轻子存在和衰变的痕迹,这也是表明τ中微子存在的关键线索.τ轻子的痕迹被科学家拍摄下来,并在计算机中形成三维图像,其主要特征就是其轨迹里有个结,这是τ轻子在形成后迅速衰变的表现.据估算,几十万亿个τ中微子中只有1个与靶中的铁原子核相互作用并生成一个τ轻子.由此,科学家第一次找到了τ中微子存在的直接证据.

美国加利福尼亚大学物理学家菲利普·雅格尔接受记者电话采访时说,发现τ中微子存在的直接证据具有重要意义,它使科学家对物质基本粒子有个完整认识.雅格尔是“τ中

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